Текст (PDF):
Читать
Скачать
Введение Открытия нефтегазовых месторождений (НГМ) на шельфовых акваториях в середине и во второй половине ХХ в. повлекли за собой создание уникальных судов, которые мы именуем сейчас нефтегазопромысловым флотом (НГПФ). Под термином «нефтегазопромысловый флот» понимается совокупность судов, обеспечивающих выполнение основных, вспомогательных и обслуживающих производственные процессы функций при освоении морских ресурсов нефти и газа, то есть поиск, изыскания, разведку, строительство в море стационарных сооружений различной конфигурации для бурения, добычи, хранения и транспорта продукции морских НГМ. Без создания НГПФ совершенно были бы немыслимы гигантские масштабы освоения морских НГМ. В целом, весь производственный процесс морской нефтегазодобычи, продолжающийся десятилетиями, принято делить на следующие технологические этапы (циклы, включая и операции): - геофизические работы (наряду с изучением гидрометеорологических условий) по поиску благоприятных структур для скопления различных фракций углеводородов; - бурение поисковых и разведочных скважин; - обустройство морских месторождений, включая инженерно-геологические изыскания и строительство необходимых сооружений (различного типа платформ, подводных трубопроводов и хранилищ, а также стационарных систем налива и т. д.); - бурение эксплуатационных и нагнетательных скважин; - эксплуатация нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений; - демонтаж морских промысловых сооружений. Материалы и результаты исследования Вышеуказанные операции/циклы в разные годы имеют различную длительность, в соответствии с ними проектируются и создаются вышеназванные объекты. При этом в первую очередь в 50-е гг. часть судов, необходимых для строительства платформ и прокладки трубопроводов, заимствовалась из наличия обычных судов, которые реконструировались и приспосабливались для конкретных технологических операций. А определённую часть судов закупали за рубежом, поскольку советский Минсудпром был вторым Миноборонпромом, в котором лишь в конце 60-х гг. был организован так называемый 16-й главк, целиком ориентированный на обеспечение нужд морской нефтегазодобычи; также в Севастополе было создано Центральное конструкторское бюро «Коралл», которое до сих пор весьма успешно работает на нужды морских нефтяников и газовиков. В результате именно их труда в стране появились первые крановые суда, полупогружные и самоподъёмные буровые установки. Современный НГПФ довольно условно можно подразделить на крупные функциональные группы, которые, в свою очередь, также в зависимости от района плавания, глубин использования и специфики выполняемых работ разбиваются на определённые разновидности судов: - суда научно-исследовательские, предназначенные для поиска перспективных геологических структур и исследования донных грунтов (геофизические и инженерно-геологические суда); - суда буровые (плавучие погружного типа буровые установки, самоподъёмные буровые установки, полупогружные буровые установки и буровые суда; при этом все суда несамоходные, кроме последней разновидности); - суда строительно-монтажные (с различной грузоподъёмностью крана); - суда обеспечения (для доставки различного рода грузов, в том числе сыпучих и жидких); - суда аварийно-спасательные (в том числе и для ликвидации разливов); - суда поддержки водолазных и подводно-технических работ; - суда служебно-вспомогательные (наиболее разнородные по выполняемым функциям). В конкретных случаях довольно часто имеет место универсализация технологических функций путём совмещения ряда смежных между собой операций; такое совмещение позволяет более эффективно использовать эти суда, снижая их простой. Процесс освоения углеводородных ресурсов континентального шельфа был бы абсолютно невозможным при отсутствии специализированных исследовательских судов. Их наличие обеспечивает выполнение: - комплекса геофизических исследований для выявления структур, в которых возможно наличие углеводородов; - гидрометеорологических и инженерно-геологических исследований в зоне расположения потенциальных залежей; - разведочного бурения с целью выявления наличия углеводородов и их промышленных запасов; - создания морских нефтегазопромысловых гидротехнических сооружений и подводных скважин, также для прокладки подводных трубопроводов. Более подробное описание выполняемых функций перечисленных групп и разновидностей судов в каждой из групп, а также их потребность на определённом бассейне представлены в гл. 15 монографии [1]. Следует также отметить, что бурный рост морской нефтегазодобычи во всём мире был бы немыслим без такого многообразия специализированного флота; кроме того, нельзя не отметить, что почти вся морская добыча углеводородов до недавнего времени была сосредоточена на незамерзающих водах Мирового океана. В конце ХХ в. наступило время освоения и в замерзающих акваториях, прежде всего арктических и дальневосточных. И уже сейчас Арктика постепенно становится для России крупнейшим источником углеводородов. Как известно из многих официальных источников, только в российской части Арктики содержится около 25 % мировых запасов газа и 7-8 % мировых запасов нефти. В настоящее время открыты месторождения в акваториях Баренцева и Карского моря, и нас ещё ждут большие открытия как на этих, так и на других морях Северного Ледовитого океана (СЛО), включая и всё необъятное арктическое побережье. Характерным отличием этих морей, даже несмотря на тенденции к потеплению на нашей планете, является длительный период существования мощных ледовых полей, существенно осложняющих освоение НГМ. Толщина ледовых полей нередко превышает 2 м, что резко осложняет освоение уже открытых месторождений нефти и газа. И тот богатейший мировой опыт освоения месторождений на незамерзающих морях с учётом ветровых и волновых воздействий на сооружения в значительной мере становится почти неприемлемым, в особенности в акваториях с глубинами, превышающими 100 м, вследствие наличия мощных ледовых воздействий на стационарные морские платформы различного исполнения. Эти воздействия существенно ограничивают возможности возведения стационарных сооружений для добычи нефти и газа. За пределами указанных глубин более целесообразно «уходить» под уровень возможных ледовых воздействий. Длительные изучения существенно дрейфующих в морях ледовых полей доказали, что на глубинах СЛО от поверхности воды более 35 м (данные Арктического и Антарктического исследовательского института) не наблюдаются ледовые образования, способные воздействовать на сооружения (плавучие или погружные). В связи с этим наиболее целесообразно создать специализированные подводные суда путём их балластирования для длительного подводного пребывания. С целью сохранить и успешно использовать в дальнейшем собственные ресурсы российской Арктики необходимо, прежде всего, создать технологии, которые позволят добывать углеводороды в арктических морях, покрытых сплошными и разбитыми дрейфующими ледовыми полями бóльшую часть года, поскольку осуществлять бурение и добычу в морях, где глубина моря будет превышать 70-80 м, посредством существующих современных технических средств и технологий не представляется возможным. В ближайшие годы предстоит создать принципиально новые подводные технические средства и разработать новые технологии, которые позволят круглогодично проводить бурение разведочных и эксплуатационных скважин. При этом следует иметь в виду, что всё необходимое оборудование, на наш взгляд, должно разрабатываться в России и быть только российским, что позволит уберечь энергетический сектор от возможных санкций, которые в настоящее время активно вводятся рядом зарубежных стран по отношению к РФ. Существующие ограничения использования зарубежного оборудования для освоения замерзающих морей уже давно тормозят российское продвижение в освоении Арктики и далее будут мешать ему, что довольно сложно будет компенсировать в ближайшем будущем. В настоящее время в мировой практике в действительности нет примеров использования уже апробированных технологий бурения и добычи в тяжёлых ледовых условиях, при которых толщина льда превышает 2 м, а местами достигает и до 3 м; в то же время период навигации в Арктике составляет в некоторых случаях менее 3-х месяцев, за которые возможно пробурить лишь одну скважину, что абсолютно неприемлемо для современных темпов освоения месторождений. И ни одна современная ледостойкая стационарная платформа на глубинах, превышающих 80-100 м, не выдержит такие колоссальные нагрузки, которым она может быть подвержена в сложных ледовых условиях. В современных условиях уже открыт ряд месторождений, часть их весьма уникальна по запасам (Штокманское, Русановское, Харасавейское, Ленинградское), и лишь на одном - мелководном Приразломном нефтяном месторождении - уже ведётся эксплуатация. Кроме того, молодая компания «Новатэк» начала разработку газовых месторождений на полуострове Ямал, построив в кратчайшие сроки уникальный порт Сабетта и завод сжижения природного газа, откуда с 2017 г. начата отгрузка газа и конденсата. Много лет назад наметился очередной интерес к замерзающим морям, изучается природа мощных ледовых воздействий на традиционные стационарные сооружения нефтегазового предназначения (установлено, что эти воздействия могут наносить сооружениям механические повреждения вплоть до их разрушения); и эти сооружения, усиленные противоледовым поясом, в состоянии противодействовать ледовым нагрузкам максимум до глубины не более 80-100 м. В связи с этим обстоятельством на глубинах более 100 м следует создавать сооружения уже подводного исполнения; при этом до глубин примерно в 150 м - в погружном исполнении, то есть устанавливать непосредственно на донном грунте, а в случае превышения глубины на 200 м и более их следует создавать в подводно-плавучем исполнении с глубиной погружения сооружений под уровень воды не более чем на 100 м (чтобы не увеличивать толщину герметичной оболочки); а для того чтобы удержать месторождения в плавучем состоянии после балластирования на заданной точке, следует использовать якорные цепи или канаты концами, закреплёнными в донный грунт; в случае же глубин, превышающих 300 м, подводно-плавучие сооружения должны удерживаться на зафиксированной точке с помощью использования так называемой системы динамического позиционирования [2]. Тороидальное исполнение (рис.) позволяет разместить в центре устьевой модуль, рассчитанный на размещение необходимого числа устьев скважин, ротора, вышечного оборудования и кабины с пультом управления для бурильщика. Подводное плавучее нефтегазовое сооружение для бурения и добычи: 1 - устьевой модуль для размещения бурового комплекса и фонтанной арматуры; 2 - основной (тороидальный) корпус судна, в котором расположены все технологические и вспомогательные модули; 3 и 4 - секционированные отсеки корпуса (3 - для балласта, а также приготовления/хранения бурового раствора; 4 - для удержания судна в горизонтальном положении, то есть его дифферентовки с использованием морской воды); 5 - балластная секция со стальной дробью для компенсации положительной плавучести сооружения с системой продувки; 6 - внутренняя переходная галерея между устьевым модулем и основным корпусом с технологическим, энергетическим, вспомогательным, складским и жилым отсеками Форма тороида с учётом его наилучшего обтекания подводными течениями была выбрана нами интуитивно, впоследствии удалось доказать приемлемость такого решения аналитическими расчётами [3]. На рисунке не приведены движители, необходимые для динамического позиционирования, стыковочное устройство (рассчитанное на переход персонала, резервного оборудования, различных реагентов для бурения, труб различного диаметра как для буровых и добычных операций, так и для спуска водоотделяющей колонны). Следует иметь в виду, что диаметр стыковочного устройства должен быть рассчитан на возможность переноса/замены оборудования, доставляемого другими функциональными судами. Возможно, при проектировании можно будет предусмотреть отдельное стыковочное устройство для перехода персонала, а также и аварийные выходы. Следует также обратить внимание на то, что подводное плавучее сооружение, которому предстоит пребывать на заданной точке месторождения не менее 20-25 лет, должно быть изготовлено полностью, «под ключ», непосредственно в доке и с помощью подводных буксиров доставлено на место; это обстоятельство накладывает особые требования по сохранению долговечности и надёжности самого сооружения, нам представляется наиболее перспективным применение композитных материалов. Например, стеклопластик - весьма устойчивый к морской воде, долговечный материал, способный выдержать гидростатическое давление столба жидкости высотой 100-200 м (по аналогии с [4]); возможно, весьма эффективным может быть и кевлар. Не менее важным является изготовление большинства судов НГПФ (как традиционного надводного, так и подводного) из композитных материалов, поскольку судостроительные стали бронебойного класса более необходимы для военных судов. Безусловно, все вспомогательные суда подводного НГПФ должны быть самоходными (в меру быстроходными), располагать соответствующими устройствами для стыковки с подводно-плавучей платформой (мы стремимся продолжить существующее традиционное наименование устоявшихся терминов); при этом проходные размеры этих стыковочно-шлюзовых устройств должны соответствовать возможности транзита необходимых материалов и технологического оборудования взамен вышедших из строя и неподлежащих ремонту на месте. В связи с вышеизложенным необходимо: - разработать на конкурсной основе исходные технические требования к созданию новых образцов подводных вспомогательных судов для обеспечения нормального функционирования подводных буро-добывающих платформ; - разработать на конкурсной основе проект главного образца шлюзового устройства для осуществления перехода экипажа и перевалки различных материалов и оборудования с использованием гидравлических, пневматических систем; - разработать параметрический ряд стыковочно-шлюзовых устройств, которыми должны снабжаться все вспомогательные подводные суда с последующей разработкой проектов этих устройств; - разработать исходные требования на подводную окраску как этих вспомогательных подводных судов, так и основной буро-добывающей платформы с ярко выраженной отражательной способностью (не исключая при этом разработку современных радарных устройств для дистанционного распознавания приближающегося судна); - разработать проект автоматического (безлюдного) спускового устройства водоотделяющей колонны из подводного судна. Заключение Очевидно, что для нормального функционирования представленной подводной платформы весь существующий в настоящее время вспомогательный НГПФ «надводного исполнения» (даже водолазный и для подводно-технических работ) должен быть основательно адаптирован, чтобы обеспечить выполнение всех необходимых технологических операций под водой и возможность перехода персонала из одного судна в другое. Иными словами, для подводного освоения глубоководных месторождений нефти и газа на длительно замерзающих акваториях арктических морей СЛО Российскому государству в ближайшие годы необходимо не только разработать полноценную программу создания подводного флота нефтегазопромыслового предназначения, но и незамедлительно приступить к созданию подводной технологии бурения скважин (которой, сделаем акцент, сегодня в мире не существует). Своевременное решение совокупности поставленных вопросов может обеспечить дальнейший поступательный процесс освоения углеводородных ресурсов всей Арктики, включая и её глубоководные акватории.